生物化学 蛋白质的合成

这是一篇关于生物化学蛋白质的合成的思维导图，蛋白质合成是指生物按照从 脱氧核糖核酸（DNA）转录得到的 信使核糖核酸（mRNA）上的 遗传信息合成蛋白质的过程。

蛋白质的合成

• 翻译准备
  • 模板
    • mRNA
      • 遗传密码
        • 方向性
          • 翻译阅读方向：5' --->3'，形成肽链：N端--->C端
        • 连续性
          • 密码子之间没有间隔核苷酸，也没有交叉
            • 移码
              • 可读框中插入非3的倍数的核苷酸，导致可读框移动
              • 移码突变
                • 移码导致后序氨基酸编码序列改变，使编码的蛋白质彻底丧失或改变原有功能
            • 增加/缺失n个AA
              • 连续插入/缺失3n个核苷酸（影响相对较小）
        • 简并性
          • 有的AA可由多个密码子编码（除了甲硫氨酸AUG、色氨酸UGG）
          • 简并性密码子/同义密码子
            • 同一个AA编码的各个密码子
          • 可减少基因突变带来的生物学效应，维持生物表型稳定
        • 摆动性
          • tRNA的反密码子第1位碱基与密码子的第3位碱基不严格遵循Watson-Crick碱基配对原则
            • A——U
            • C——G
            • I——AUC
            • G——UC
            • U——AG
            • 反密码子1位——密码子3位
          • 使一种tRNA识别mRNA中的多种简并性密码子，可减少基因突变带来的生物学效应，维持生物表型稳定
        • 通用性
          • 各种生物使用同一套遗传密码（哺乳动物线粒体中存在例外）
  • AA载体
    • tRNA（AA和密码子之间的特异连接物）
      • 氨基酸结合部位
        • 氨基酸臂-CCA末端的腺苷酸核糖的2'/3' -OH（酯键）
      • mRNA结合部位
        • 反密码子环中反密码子（碱基互补配对）
  • 场所
    • 核糖体
      • 沿mRNA链从5' 端向3' 端移动
      • A位——氨酰-tRNA
      • P位——肽酰-tRNA
      • E位——释放已经卸载AA的tRNA
  • 酶
    • 氨酰-tRNA合成酶
      • 需Mg2+
      • 对tRNA和AA高度特异性，决定AA与tRNA连接的准确性（除了Lys对应两种氨酰-tRNA合成酶）
      • 校对活性，释放错误结合的AA，换上正确的AA
    • 肽酰转移酶
      • 本质为核酶
      • 在原核生物为23S rRNA，在真核生物为28S rRNA
  • 蛋白质因子
    • 起始因子IF
      • 原核生物
        • IF1（eIF1A）
          • 占据A位，防止其他tRNA结合
        • IF2（eIF5B）
          • GTP酶活性，促进起始氨酰-tRNA结合小亚基
        • IF3（eIF3）
          • 促进大小亚基分离
      • 真核生物
        • eIF2
          • GTP酶活性，促进起始氨酰-tRNA结合小亚基
        • eIF4F
          • A解旋RNA+E结合5'帽+G结合PABP、eIF4E、eIF3
        • eIF5
          • 激活eIF2的GTP酶活性，促进起始因子解离，大小亚基结合
        • eIF5B
          • GTP酶活性，促进起始因子解离，大小亚基结合
    • 延长因子EF
      • EF-Tu（eEF-1-α）
        • 促进氨酰-tRNA进入A位，结合并分解GTP
      • EF-Ts（eEF-1-βγ）
        • EF-Tu的调节亚基
      • EF-G（eEF-2）（转位酶）
        • 转位酶活性：促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放
    • 终止因子/释放因子RF
      • 原核生物
        • RF1
          • 识别UAA/UAG，诱导肽酰转移酶转变为酯酶
        • RF2
          • 识别UAA/UGA，诱导肽酰转移酶转变为酯酶
        • RF3
          • GTP酶活性，核糖体释放肽链后，促进RF1、2与核糖体分离
      • 真核生物
        • eRF
          • 识别所有终止密码子
  • ATP、GTP供能
• 翻译过程
  • 1||| 氨基酸活化与转运
    • • 1|||
      • 2|||
        • AA羧基连AMP磷酸而活化（酐键）
      • 3|||
      • 消耗2分子ATP（ATP×1，高能磷酸键×2）
  • 2||| 翻译起始复合物的形成
    • 原核生物
      • 1||| 核糖体大小亚基分离
        • IF稳定分离状态
      • 2||| mRNA结合小亚基
        • 16s rRNA作用（碱基互补）下，小亚基结合mRNA起始密码子上游（≈10nt）-AGGAGG-序列（RBS/S-D序列）
      • 3||| 起始氨酰-tRNA进入P位
        • IF1占据A位，防止tRNA结合
        • 起始氨酰-tRNA结合GTP-IF2，结合到P位
      • 4||| 形成翻译起始复合物
        • IF2上GTP水解，3种IF释放，大亚基结合，形成翻译起始复合物
      • 消耗1分子GTP
    • 真核生物
      • 1||| 43S前起始复合物的形成
        • 起始氨酰-tRNA先结合小亚基
        • eIF1A+eIF3+GTP-eIF2-起始氨酰-tRNA+小亚基+eIF5+eIF5B
      • 2||| mRNA结合核糖体小亚基
        • eIF4F介导
        • 形成48S起始复合物=43S前起始复合物+eIF4F
      • 3||| 结合大亚基
        • eIF5B促进大小亚基结合
      • 消耗1分子GTP
  • 3||| 肽链延长（核糖体/核蛋白体循环）
    • 进位/注册
      • 氨酰-tRNA结合GTP-EF-Tu形成复合物，随后水解GTP，释放GDP
      • 核糖体校正作用：正确氨酰-tRNA能在时限内进入A位，错误的氨酰-tRNA因无法配对而解离
    • 成肽
      • 肽酰转移酶催化形成肽键
    • 转位
      • EF-G催化，需GTP×1：P位tRNA进入E位并脱落，A位tRNA转变为肽酰-tRNA进入P位
    • 一次循环消耗2分子GTP
  • 4||| 肽链合成终止
    • RF1/2识别终止密码子进入A位（需GTP），核糖体构象改变，肽酰转移酶--->酯酶，水解肽酰-tRNA中肽链与tRNA间的酯键，释放新生肽链
    • RF3促进RF脱离核糖体，mRNA、tRNA解离，大小亚基分离
    • 消耗1分子GTP
• 翻译后加工和运输
  • 新生肽链需要正确折叠
    • 肽链一级结构修饰
      • 水解切除
        • 去除N-甲酰基、N-信号肽
        • 多肽链水解：胰岛素原--->胰岛素
      • 化学修饰
        • 甲基化
        • 乙酰化
        • 磷酸化
        • 羟基化
        • N/O-糖基化
        • 硒化
    • 肽链高级结构修饰
      • 二硫键形成
      • 亚基聚合
      • 辅基连接
        • 血红蛋白结合血红素
    • 蛋白质输送到特殊部位
      • 分泌蛋白分泌到胞外、质膜蛋白输送到胞膜等
      • 信号序列 决定蛋白质输送特性
  • 促进蛋白质折叠的功能大分子
    • 分子伴侣
      • 热激蛋白Hsp
        • 使蛋白质以未折叠状态运输
        • 避免蛋白质变性后因疏水基团暴露而发生不可逆聚集
      • 伴侣蛋白GroEL/GroES
        • 未非自发性折叠肽链提供正确折叠的微环境
        • 消耗大量ATP
    • 蛋白二硫键异构酶PDI
      • 帮助形成正确二硫键
    • 肽脯氨酰基顺-反异构酶PPI
      • 使肽链在Pro残基弯折处形成正确折叠
• 蛋白质合成的干扰和抑制
  • • 嘌呤霉素
      • 真、原 核糖体
    • 伊短菌素
      • 真、原 小
    • 四环素
      • 原 小
    • 链霉素
      • 原 小
    • 氯霉素
      • 原 大
      • 抑制转肽酶
    • 放线菌酮
      • 真 大
      • 抑制转肽酶
  • 干扰素
    • 抑制病毒蛋白质合成
    • 来自经病毒感染的细胞诱导产生
    • 需要双链RNA
  • 白喉霉素
    • 抑制肽链延长（EF-2）
• GTP酶活性
  • IF2（eIF5B）
  • EF-Ts（eEF1-α）
  • EF-G（eEF2）
  • RF3